AP 化学模拟考模拟考 1
一套完整的 AP 化学模拟卷,题型、题量、考试时间和计分方式都和现行的 AP 化学考试一样,题目全部为本站原创。考完对照参考答案给简答题打分,得到综合分和估计的 AP 分数;做错的题自动记进错题本。
有一场没考完的模拟考
上次的成绩
考试结构
| 部分 | 题型 | 题数 | 时间 | 占比 |
|---|---|---|---|---|
| 第一部分 | 单选题(四选一) | 60 | 90 分钟 | 50% |
| 第二部分 | 简答题:3 道长题(各 10 分)、4 道短题(各 4 分) | 7 | 105 分钟 | 50% |
考试说明
- 答题过程中不显示对错,交卷后统一给出答案和解析。
- 第一部分可以随时改答案,也可以给题目做标记、回头再看;计时结束时自动交卷。
- 第二部分在每个小问下面的框里写答案,写的内容自动保存在这台设备上。交卷后对照参考答案和评分要点,逐条给自己打分。
- 可以使用计算器(College Board 现行规定两部分都可以用),以及下面的公式与常数表和元素周期表。
- 中途关掉页面,下次打开可以接着考;计时只在页面打开时走。
公式与常数
常数
- R = 8.314 J/(mol·K) = 0.08206 L·atm/(mol·K) = 62.36 L·mmHg/(mol·K)
- F = 96 485 C/mol(1 mol 电子的电量)
- NA = 6.022 × 10²³ mol⁻¹
- h = 6.626 × 10⁻³⁴ J·s,c = 2.998 × 10⁸ m/s
- 25 °C 时 Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴
- 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 101.3 kPa;0 °C = 273.15 K
原子结构与光
- E = hν,c = λν
气体、液体与溶液
- PV = nRT;PA = P总 × XA(XA 为物质的量分数);P总 = PA + PB + …
- n = m/M;M = dRT/P;KE(每个分子)= ½mv²
- c = n/V(物质的量浓度);A = εbc(Beer–Lambert 定律)
动力学
- 零级:[A]t − [A]0 = −kt
- 一级:ln[A]t − ln[A]0 = −kt;t½ = 0.693/k
- 二级:1/[A]t − 1/[A]0 = kt
平衡与酸碱
- aA + bB ⇌ cC + dD:Kc = [C]c[D]d / ([A]a[B]b);Kp 用分压
- pH = −lg[H⁺],pOH = −lg[OH⁻];25 °C 时 pH + pOH = 14
- Ka × Kb = Kw;pK = −lg K
- pH = pKa + lg([A⁻]/[HA])
热力学与电化学
- q = mcΔT;ΔH° = ΣnΔfH°(生成物) − ΣnΔfH°(反应物)
- ΔS° = ΣnS°(生成物) − ΣnS°(反应物);ΔG° = ΔH° − TΔS°
- ΔG° = −RT ln K = −nFE°
- I = q/t;E°cell = E°(阴极) − E°(阳极)
元素周期表
表格比较宽,可以左右滑动查看。
点表中任意一个元素。
第一部分已交卷
真实考试中两部分之间有短暂的休息。准备好之后开始第二部分:7 道简答题,105 分钟。
给简答题打分
对照参考答案和评分要点:你的答案满足哪一条,就勾上哪一条(每条 1 分)。全部勾完后点下面的按钮查看成绩。
- 1单选
下列样品中,所含原子总数最多的是?(H 1、He 4、N 14、O 16)
解析先换算成物质的量,再乘每个粒子里的原子数:H₂O 1 mol × 3 = 3 mol 原子;He 1 mol × 1 = 1 mol;O₂ 0.5 mol × 2 = 1 mol;N₂ 1 mol × 2 = 2 mol。
复习:U1.1 摩尔与摩尔质量
- 2单选
CH₄、NH₃ 和 H₂O 的摩尔质量相近(16、17、18 g/mol)。它们的沸点从低到高的顺序是?
解析摩尔质量相近,色散力差不多。CH₄ 是非极性分子,只有色散力,沸点最低(−161 °C);NH₃ 分子之间有氢键(−33 °C);H₂O 的 O 电负性更大,每个分子有 2 个 H 和 2 对孤对电子,平均形成的氢键更多、更强,沸点最高(100 °C)。
复习:U3.1 分子间作用力
- 3单选
一个密闭容器中有 4 个 H₂ 分子和 3 个 O₂ 分子,按 2H₂ + O₂ → 2H₂O 完全反应。下列哪个方框表示反应后容器中的分子?
解析4 个 H₂ 只需要 2 个 O₂,H₂ 不足。生成 4 个 H₂O,剩下 3 − 2 = 1 个 O₂。原子守恒:反应前 8 个 H、6 个 O,反应后 4 个 H₂O 和 1 个 O₂ 也是 8 个 H、6 个 O。
- 4单选
某化合物含 C 40.0%、H 6.7%、O 53.3%(质量分数)。它的实验式是?
- 5单选
下列原子形成的化学键中,离子性最强的是?
- 6单选
一个 2.0 L 的刚性钢瓶装有 300 K、3.0 atm 的氩气。加热到 400 K 后,瓶内压强是多少?
- 7单选
反应 A + B → C 的初始速率数据如下表。速率定律是?
[A]₀(mol/L) [B]₀(mol/L) 初始速率(mol/(L·s)) 0.10 0.10 2.0 × 10−3 0.20 0.10 8.0 × 10−3 0.10 0.20 2.0 × 10−3 - 8单选
把 Pb(NO₃)₂ 溶液和 KI 溶液混合,生成黄色沉淀。反应的净离子方程式是?
- 9单选
下图是某元素的质谱图(横轴为质量数,标出了各同位素的相对丰度)。这种元素最可能是?
- 10单选
一种白色固体熔点为 801 °C,固态时不导电,熔化后能导电,易溶于水。它最可能是?
- 11单选
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l),ΔH = −890 kJ/mol。0.25 mol CH₄ 完全燃烧放出多少热量?
- 12单选
氰酸根 OCN⁻(C 在中间)的几种 Lewis 结构中,按形式电荷判断最合理的是?
解析最合理的结构形式电荷尽量接近 0,而且负电荷落在电负性最大的原子上。O–C≡N 中只有 O 带 −1,O 的电负性最大;O=C=N 把 −1 放在电负性较小的 N 上,次之;+1、−2 的结构最差;全单键的结构中 C 不满足八隅体。
复习:U2.6 共振与形式电荷
- 13单选
25 °C 时,c(OH⁻) = 1.0 × 10⁻³ mol/L 的溶液,pH 是多少?
- 14单选
某气体在 0 °C、1.00 atm 时的密度是 1.25 g/L。它最可能是?(R = 0.0821 L·atm/(mol·K))
- 15单选
C(s) + H₂O(g) ⇌ CO(g) + H₂(g) 的 Kp 表达式是?
- 16单选
下图的光电子能谱画出了某元素一个原子中的全部电子(从左到右结合能减小,峰高与电子数成正比)。这种元素是?
解析五个峰依次是 1s、2s、2p、3s、3p,电子数 2、2、6、2、3,共 15 个电子:1s²2s²2p⁶3s²3p³,是磷。N 只有两个电子层(三个峰);Al 的 3p 只有 1 个电子;S 的 3p 有 4 个。
- 17单选
4.0 mol Al 和 4.0 mol Cl₂ 按 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃ 完全反应。最多生成多少摩尔 AlCl₃?
解析Al:4.0 ÷ 2 = 2.0;Cl₂:4.0 ÷ 3 ≈ 1.33,Cl₂ 不足。n(AlCl₃) = 4.0 × 2/3 ≈ 2.7 mol。按 Al 算会得到 4.0 mol,但 Cl₂ 不够。
复习:U4.5 化学计量
- 18单选
NaCl 溶于水后,Na⁺ 和 Cl⁻ 周围的水分子怎样取向?
- 19单选
某一级反应在 60 min 内有 75% 的反应物分解。它的半衰期是?
- 20单选
25 °C 时,0.10 mol/L 某一元弱酸 HA 溶液的 pH = 3.0。HA 的 Ka 约为?
解析c(H⁺) = c(A⁻) = 10⁻³·⁰ = 1.0 × 10⁻³ mol/L,c(HA) ≈ 0.10。Ka = (1.0 × 10⁻³)² ÷ 0.10 = 1.0 × 10⁻⁵。1.0 × 10⁻³ 是直接把 c(H⁺) 当成 Ka;1.0 × 10⁻² 是电离度。
- 21单选
H₂ 分子的势能–核间距曲线在核间距 74 pm 处有最低点,对应的势能为 −436 kJ/mol(以两个相距很远的 H 原子为 0)。下列说法正确的是?
- 22单选
质量相同、初温相同的铜块和铝块,各吸收了相同的热量(没有相变)。比热容:Cu 0.385,Al 0.897 J/(g·°C)。下列说法正确的是?
解析ΔT = q ÷ (m·c),q、m 相同,比热容小的升温多。ΔT(Cu) ÷ ΔT(Al) = 0.897 ÷ 0.385 ≈ 2.3。导热快慢只影响热量传得多快,不影响吸收一定热量后的温度。
- 23单选
同一温度下的 He 和 Ar 两种气体样品。关于它们的原子,下列说法正确的是?
- 24单选
下列过程中,ΔS° 为正值的是?
解析过氧化氢分解时,2 mol 液体变成 2 mol 液体和 1 mol 气体,气体分子从无到有,熵增大:ΔS° = 2(70.0) + 205.2 − 2(109.6) ≈ +126 J/K。其他三个:3 mol 气体变成 2 mol、气体被固体吸收、气体凝结成液体,熵都减小。
复习:U9.1 熵入门
- 25单选
某温度下 N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g) 的 K = 0.20。某时刻 c(N₂O₄) = 0.10 mol/L,c(NO₂) = 0.20 mol/L。反应向哪个方向进行?
解析Q = c²(NO₂) ÷ c(N₂O₄) = 0.20² ÷ 0.10 = 0.40 > 0.20。生成物相对过多,反应向逆方向进行。忘了平方会得到 2.0(结论相同,但 Q 算错了)。
- 26单选
氧的第一电离能比氮略低。最好的解释是?
解析N 是 2p³(三个轨道各一个电子),O 是 2p⁴,其中一个 2p 轨道里有两个电子,同一轨道中电子之间的排斥使这个电子更容易失去,抵消了 O 核电荷更大的影响。O 的核电荷更多、半径更小。
复习:U1.7 周期趋势
- 27单选
25.0 mL H₂SO₄ 溶液恰好与 40.0 mL 0.100 mol/L NaOH 溶液完全中和。H₂SO₄ 的浓度是多少?
解析H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O。n(NaOH) = 0.0400 × 0.100 = 4.00 × 10⁻³ mol,n(H₂SO₄) = 2.00 × 10⁻³ mol,c = 2.00 × 10⁻³ ÷ 0.0250 = 0.0800 mol/L。忘了 1 : 2 会得到 0.160。
复习:U4.6 滴定入门
- 28单选
下列各组溶液混合后(都溶于 1.0 L 水),能形成缓冲溶液的是?
解析先算反应:0.10 mol OH⁻ 中和一半的醋酸,剩 0.10 mol CH₃COOH 和 0.10 mol CH₃COO⁻,是缓冲溶液。等量中和只剩 CH₃COO⁻;HCl/NaCl 中没有弱的共轭酸碱对;NH₃ + 过量 HCl 剩下强酸。
- 29单选
25 °C 时,下列液体中蒸气压最高的是?
- 30单选
下图是一个两步反应的能量图(数值为势能,kJ/mol)。下列说法正确的是?
解析第 1 步的活化能 = 50 kJ/mol,第 2 步 = 80 − 20 = 60 kJ/mol,第 2 步更高、更慢,是决速步。生成物(−30)比反应物(0)低,总反应放热。
- 31单选
XeF₄ 分子的空间构型是?
解析Xe 有 8 个价电子,与 4 个 F 各成一个单键,还剩 2 对孤对电子:6 个电子区域,八面体排布。两对孤对电子相对(180°),4 个 F 在同一平面上,分子是平面正方形。
- 32单选
用平均键焓估算 H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g) 的 ΔH。键焓(kJ/mol):H–H 436,Cl–Cl 242,H–Cl 431。
解析ΔH ≈ Σ断开 − Σ形成 = (436 + 242) − 2 × 431 = 678 − 862 = −184 kJ/mol。写反成“形成 − 断开”会得到 +184;只算 1 个 H–Cl 会得到 +247。
复习:U6.7 键焓
- 33单选
在 300 K、1 atm 时,下列气体中偏离理想气体行为最大的是?
- 34单选
2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g),ΔH < 0。下列哪组条件能使平衡时 SO₃ 的产率最高?
解析正反应放热,降温使平衡向正方向移动;左边 3 mol 气体、右边 2 mol,加压使平衡向气体分子少的正方向移动。催化剂不影响平衡产率。(工业上不用太低的温度,是为了反应够快。)
- 35单选
把 10.0 mL 0.10 mol/L HCl 加水稀释到 100.0 mL。稀释后的 pH 是?
- 36单选
钙和氮形成的离子化合物,最可能的化学式是?
解析Ca 有 2 个价电子,形成 Ca²⁺;N 有 5 个价电子,得 3 个电子成为 N³⁻。电荷相抵:3 个 Ca²⁺(+6)配 2 个 N³⁻(−6),Ca₃N₂。
- 37单选
由 Zn/Zn²⁺(E° = −0.76 V)和 Cu/Cu²⁺(E° = +0.34 V)组成的原电池,下列说法正确的是?
解析E° 较低的 Zn 被氧化,是阳极。E°cell = E°(阴极) − E°(阳极) = 0.34 − (−0.76) = 1.10 V。0.42 是把两个 E° 直接相加。
- 38单选
配制 250.0 mL 0.200 mol/L NaCl 溶液,需要多少克 NaCl?(M = 58.44 g/mol)
解析n = 0.200 mol/L × 0.2500 L = 0.0500 mol,m = 0.0500 × 58.44 = 2.92 g。11.7 g 是配 1 L 的量;0.0500 是物质的量,不是质量。
复习:U3.7 溶液与混合物
- 39单选
在 2MnO₄⁻ + 5SO₃²⁻ + 6H⁺ → 2Mn²⁺ + 5SO₄²⁻ + 3H₂O 中,被氧化的是?
- 40单选
某反应 A → 产物,以 ln[A] 对时间作图得到一条直线,斜率为 −0.023 s⁻¹。下列说法正确的是?
解析一级反应:ln[A] = ln[A]₀ − kt,ln[A]–t 是直线,斜率为 −k,所以 k = 0.023 s⁻¹(k 总是正的)。零级反应是 [A]–t 成直线,二级反应是 1/[A]–t 成直线。
- 41单选
用 HCl 溶液滴定氨水,化学计量点时溶液的 pH 怎样?为什么?
- 42单选
钢是在铁中加入少量碳形成的间隙合金,比纯铁硬得多。最好的解释是?
- 43单选
用纸色谱分离一种墨水的成分:滤纸(固定相)是极性的,展开剂是非极性溶剂。比移值 Rf 最大的成分是?
- 44单选
把 36 g 0 °C 的冰全部熔化成 0 °C 的水,需要吸收多少热量?(ΔH熔化 = 6.0 kJ/mol,M = 18 g/mol)
- 45单选
某温度下 A(g) ⇌ 2B(g) 的 K = 1.0 × 10⁻⁴。同温度下 4B(g) ⇌ 2A(g) 的 K 是多少?
- 46单选
某反应 ΔH° > 0,ΔS° > 0。它在什么条件下热力学有利?
- 47单选
下列含氧酸中,酸性最强的是?
- 48单选
下列物质中,在正己烷(C₆H₁₄)中溶解度最大的是?
- 49单选
2Na(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g) 属于哪一类反应?
- 50单选
反应 X₂ + 2Y₂ → 2XY₂ 的机理为:第 1 步(快,可逆)X₂ ⇌ 2X;第 2 步(慢)X + Y₂ → XY₂(发生 2 次)。与机理一致的速率定律是?
解析慢的第 2 步:速率 = k₂[X][Y₂]。X 是中间体,不能出现在速率定律里;由快速平衡 K = [X]²/[X₂],[X] = (K[X₂])1/2。代入得速率 = k[X₂]1/2[Y₂]。按总反应的系数写成 k[X₂][Y₂]² 是常见错误。
- 51单选
Ag₂CrO₄ 在水中的摩尔溶解度为 s mol/L。它的 Ksp 用 s 表示为?
- 52单选
某弱酸 HA 的 pKa = 4.0。在 pH = 5.0 的溶液中,c(A⁻) ÷ c(HA) 是多少?
- 53单选
分子吸收哪一种电磁辐射,主要引起分子振动能级的跃迁?
- 54单选
2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g) 的 ΔH 是多少?ΔfH(kJ/mol):NO(g) +90,NO₂(g) +33。
解析ΔH = 2(+33) − [2(+90) + 0] = 66 − 180 = −114 kJ/mol(O₂ 的生成焓为 0)。+114 是把生成物和反应物减反了;−57 是 1 mol NO 的值。
复习:U6.8 生成焓
- 55单选
某氧化还原反应的 E°cell = +0.30 V,n = 2。关于它的 ΔG° 和 K,正确的是?
解析ΔG° = −nFE°,E° 为正则 ΔG° 为负;ΔG° = −RT ln K,ΔG° 为负则 K > 1。
- 56单选
某缓冲溶液中弱酸的 pKa = 6.0,c(A⁻) ÷ c(HA) = 0.10。溶液的 pH 是?
- 57单选
AgCl 在下列哪种溶液中的摩尔溶解度最小?
解析同离子效应:c(Cl⁻) 越大,AgCl 溶解得越少。0.10 mol/L CaCl₂ 中 c(Cl⁻) = 0.20 mol/L,比 NaCl 溶液的 0.10 mol/L 大。NaNO₃ 不含同离子。
复习:U7.12 同离子效应
- 58单选
用同一个比色皿、同一波长测量某有色溶液:0.040 mol/L 时吸光度为 0.60。吸光度为 0.45 的同种溶液浓度是多少?
- 59单选
用 1.93 A 的电流电解 CuSO₄ 溶液,要在阴极析出 0.010 mol Cu,大约需要多长时间?(F = 96 500 C/mol)
解析Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu,需要 0.020 mol 电子,q = 0.020 × 96 500 = 1930 C,t = q ÷ I = 1930 ÷ 1.93 ≈ 1000 s。忘了 2 个电子会得到 500 s。
- 60单选
缓冲溶液 X 和 Y 的 pH 相同,各 100 mL:X 中 HA 和 A⁻ 都是 0.10 mol/L,Y 中都是 1.0 mol/L。分别加入 0.010 mol NaOH(体积变化忽略不计),下列说法正确的是?
解析X 中 HA 只有 0.010 mol,正好被 0.010 mol OH⁻ 全部中和,只剩 A⁻,缓冲作用失效,pH 大幅升高。Y 中 HA 有 0.10 mol,反应后 HA 0.090 mol、A⁻ 0.11 mol,比值变化很小,pH 只升高约 0.09。
复习:U8.10 缓冲容量
在每个小问下面的框里写答案,可以只写要点和算式。交卷后给出参考答案和评分要点。
- 1简答
平流层中的臭氧(O₃)可以被氯原子催化分解。总反应为 O₃(g) + O(g) → 2O₂(g),提出的机理是:第 1 步(慢)Cl + O₃ → ClO + O₂;第 2 步(快)ClO + O → Cl + O₂。回答下列问题。
(a)画出 O₃ 的 Lewis 结构(包括共振结构),并比较 O₃ 中两个 O–O 键的键长与 O₂ 中 O=O 键的键长。
(2 分)
参考答案两个共振结构:O=O–O ↔ O–O=O,中心 O 有一对孤对电子、带 +1 形式电荷,单键一端的 O 带 −1。两个 O–O 键等长,相当于“一个半键”,比 O₂ 中的 O=O 双键长(键级 1.5 < 2)。
评分要点(每条 1 分)(b)说明第 1 步和第 2 步相加得到总反应,并指出机理中的催化剂和中间体。
(2 分)
参考答案两步相加:Cl + O₃ + ClO + O → ClO + O₂ + Cl + O₂,两边的 Cl 和 ClO 消去,得 O₃ + O → 2O₂。Cl 在第 1 步消耗、第 2 步再生,是催化剂;ClO 在第 1 步生成、第 2 步消耗,是中间体。
评分要点(每条 1 分)(c)写出与这个机理一致的速率定律。
(1 分)
参考答案慢的第 1 步决定速率,且它的反应物都不是中间体:速率 = k[Cl][O₃]。
评分要点(每条 1 分)(d)在一次实验中,Cl 的浓度保持不变(远大于需要的量),测得 O₃ 的浓度如下表。说明这些数据符合一级动力学(对 O₃),并求表观速率常数 k′。
t(s) [O₃](mol/L) 0 4.0 × 10−6 40 2.0 × 10−6 80 1.0 × 10−6 120 5.0 × 10−7 (2 分)
参考答案每过 40 s,[O₃] 都减半:半衰期不随浓度变化,是一级反应的特征。k′ = ln 2 ÷ t½ = 0.693 ÷ 40 s = 0.0173 s⁻¹。
评分要点(每条 1 分)(e)在同一张能量图上,催化(经过 Cl)和不催化的反应途径有什么不同?总反应的 ΔH 有变化吗?
(1 分)
参考答案催化途径分两步(两个峰,中间有一个谷代表 ClO),最高的峰比不催化途径的低,活化能更小。反应物和生成物的能量不变,ΔH 不变。
评分要点(每条 1 分)(f)用标准生成焓计算总反应 O₃(g) + O(g) → 2O₂(g) 的 ΔH°。ΔfH°(kJ/mol):O₃(g) +142.7,O(g) +249.2。反应吸热还是放热?
(2 分)
参考答案ΔH° = 2 × 0 − (142.7 + 249.2) = −391.9 kJ/mol(O₂ 是标准状态的单质)。ΔH° < 0,放热。
评分要点(每条 1 分)解析常见失分:把催化剂和中间体说反;速率定律写成总反应的系数;k′ 没有单位;ΔH 计算时漏掉 O(g) 的生成焓(它不为 0,O 原子不是标准状态的单质)。
复习:U5.11 催化U2.6 共振与形式电荷U5.8 反应机理与速率定律U5.3 浓度随时间的变化(积分速率定律、半衰期)U6.8 生成焓
- 2简答
甲醇可以由 CO 和 H₂ 合成:CO(g) + 2H₂(g) ⇌ CH₃OH(g)。在某温度下,向刚性容器中充入 CO 和 H₂,起始分压分别为 1.00 atm 和 2.00 atm,没有 CH₃OH。达到平衡时容器内的总压为 2.20 atm(温度不变)。
(a)写出这个反应的 Kp 表达式。
(1 分)
参考答案评分要点(每条 1 分)(b)求平衡时各气体的分压,并计算 Kp。
(2 分)
参考答案设 CO 减少 x:CO 1.00 − x,H₂ 2.00 − 2x,CH₃OH x。总压 = 3.00 − 2x = 2.20,x = 0.40 atm。平衡分压:CO 0.60,H₂ 1.20,CH₃OH 0.40 atm。Kp = 0.40 ÷ (0.60 × 1.20²) = 0.463。
评分要点(每条 1 分)(c)温度不变,把容器体积突然压缩为原来的一半。用 Q 和 K 的比较说明平衡移动的方向。
(2 分)
参考答案各分压都加倍。Q = p(CH₃OH)/[p(CO)·p²(H₂)]:分子乘 2,分母乘 2³ = 8,Q 变为 K/4 < K。生成物相对不足,反应向正方向(生成 CH₃OH、气体分子减少的方向)移动。
评分要点(每条 1 分)(d)ΔfH°(kJ/mol):CO(g) −110.5,CH₃OH(g) −201.0。计算 ΔH°。
(1 分)
参考答案ΔH° = −201.0 − (−110.5) = −90.5 kJ/mol(H₂ 为 0)。
评分要点(每条 1 分)(e)不计算,预测 ΔS° 的符号,并说明理由。升高温度,K 怎样变化?
(2 分)
参考答案ΔS° < 0:3 mol 气体变成 1 mol 气体,分子可能的排布方式减少。正反应放热(ΔH° < 0),升温使平衡逆向移动,K 减小。
评分要点(每条 1 分)(f)ΔS° = −219.2 J/K。计算 298 K 时的 ΔG°,判断在 298 K、标准状态下反应是否热力学有利。
(2 分)
参考答案ΔG° = ΔH° − TΔS° = −90.5 − 298 × (−0.2192) = −25.2 kJ/mol。ΔG° < 0,热力学有利。
评分要点(每条 1 分)解析常见失分:把总压当成某一种气体的分压;忘了 H₂ 的变化量是 2x;体积减半时只说“压强增大”而不比较 Q 和 K;ΔS° 的单位 J/K 没有换算成 kJ/K。
复习:U7.4 计算平衡常数U7.3 反应商 Q 与平衡常数 KU7.10 用 Q 解释勒夏特列原理U6.8 生成焓U9.2 绝对熵与熵变U9.3 吉布斯自由能与热力学有利性
- 3简答
为鉴定一种一元弱酸 HA,学生称取 0.500 g 固体酸,溶于 50.0 mL 水,用 0.100 mol/L NaOH 溶液滴定,记录的 pH 如下表(41.00 mL 时到达化学计量点)。
加入 NaOH 的体积(mL) pH 0.00 2.64 10.00 3.71 20.50 4.19 30.00 4.63 41.00 8.42 45.00 11.62 (a)计算到达化学计量点时加入的 NaOH 的物质的量,并求 HA 的摩尔质量。
(2 分)
参考答案n(NaOH) = 0.100 mol/L × 0.0410 L = 4.10 × 10−3 mol。一元酸,n(HA) = n(NaOH),M = 0.500 g ÷ 4.10 × 10−3 mol = 122 g/mol。
评分要点(每条 1 分)(b)用表中的数据求 HA 的 Ka,并说明你的方法。
(2 分)
参考答案加入 20.50 mL(化学计量点的一半)时,一半的 HA 变成了 A⁻,c(HA) = c(A⁻),所以 pH = pKa = 4.19。Ka = 10−4.19 = 6.5 × 10−5。
评分要点(每条 1 分)(c)计算化学计量点时溶液的 pH(25 °C)。
(2 分)
参考答案化学计量点时溶液中是 4.10 × 10−3 mol A⁻,总体积 50.0 + 41.0 = 91.0 mL,c(A⁻) = 0.0451 mol/L。Kb = Kw/Ka = 1.5 × 10−10,c(OH⁻) = √(Kb·c) = 2.6 × 10−6 mol/L,pOH = 5.58,pH = 8.42。
评分要点(每条 1 分)(d)从甲基红(变色范围 pH 4.4~6.2)和酚酞(8.3~10.0)中选择这次滴定的指示剂,说明理由。
(1 分)
参考答案酚酞:化学计量点的 pH(约 8.4)在它的变色范围内;甲基红会在化学计量点之前很早就变色。
评分要点(每条 1 分)(e)加入 30.00 mL NaOH 时,溶液中 HA 和 A⁻ 哪一种浓度更大?说明理由。
(1 分)
参考答案A⁻ 更多:30.00 mL 已经超过半中和点(20.50 mL),被中和的 HA 超过一半;也可以说此时 pH(4.63)> pKa。
评分要点(每条 1 分)(f)如果学生称取的固体酸没有完全干燥(含有一些水),算出的摩尔质量会偏大、偏小还是不变?说明理由。
(2 分)
参考答案偏大。称得的 0.500 g 中有一部分是水,真正的酸少,滴定用去的 NaOH(即测得的 n(HA))偏少;而计算时用的质量仍是 0.500 g。M = m ÷ n,分母偏小,结果偏大。
评分要点(每条 1 分)解析常见失分:化学计量点 pH 写成 7;用 50.0 mL 而不是总体积计算 c(A⁻);把 0.500 g 当成已知摩尔质量去算浓度;误差分析只说“有误差”而不说方向。
复习:U8.5 酸碱滴定与滴定曲线U4.6 滴定入门U8.7 pH 与 pKaU8.3 弱酸弱碱的平衡(Ka、Kb)U8.4 酸碱反应与缓冲溶液
- 4简答
NH₃(沸点 −33 °C)、PH₃(−88 °C)和 NF₃(−129 °C)的分子都是三角锥形。
(a)画出 NF₃ 的完整 Lewis 结构。
(1 分)
参考答案N 在中间,与 3 个 F 各形成一个单键;N 上有一对孤对电子,每个 F 上有三对孤对电子。共 26 个价电子,每个原子都满足八隅体。
评分要点(每条 1 分)(b)NF₃ 中 F–N–F 键角比 109.5° 大还是小?说明理由。
(1 分)
参考答案比 109.5° 小(约 102°)。N 周围有 4 个电子区域(3 个成键、1 对孤对电子),四面体排布;孤对电子的排斥比成键电子对强,把 N–F 键挤得更近。
评分要点(每条 1 分)(c)PH₃ 的摩尔质量比 NH₃ 大,沸点却低得多。解释原因。
(1 分)
参考答案NH₃ 分子之间能形成氢键(N 的电负性大,N–H 键极性强,N 上有孤对电子);P 的电负性和 H 相近,PH₃ 分子之间不能形成氢键。氢键比 PH₃ 多出来的那点色散力强得多,所以 NH₃ 沸点更高。
评分要点(每条 1 分)(d)NF₃ 的摩尔质量(71 g/mol)比 NH₃ 大得多,沸点却更低。解释原因。
(1 分)
参考答案NF₃ 中没有与 N、O、F 直接相连的 H,分子之间不能形成氢键,只有较弱的偶极–偶极作用和色散力;NH₃ 分子之间有氢键,所以 NH₃ 的沸点高于更重的 NF₃。
评分要点(每条 1 分)解析常见失分:以为 NF₃ 有 F 就能形成氢键(氢键要求 H 直接连在 N、O 或 F 上);只说“摩尔质量大沸点就高”,没有比较作用力的种类;键角答 109.5° 或 120°。
- 5简答
镍片插在 1.0 mol/L Ni(NO₃)₂ 溶液中,铜片插在 1.0 mol/L Cu(NO₃)₂ 溶液中,用 KNO₃ 盐桥和导线连接成原电池。E°:Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu,+0.34 V;Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni,−0.26 V。
(a)计算 E°cell。
(1 分)
参考答案Ni 被氧化(阳极),Cu²⁺ 被还原(阴极):E°cell = 0.34 − (−0.26) = 0.60 V。
评分要点(每条 1 分)(b)电池工作时,导线中电子的流向是怎样的?哪个电极的质量增加?
(1 分)
参考答案电子从镍电极(阳极)经导线流向铜电极(阴极);Cu²⁺ 在铜电极上析出,铜电极质量增加。
评分要点(每条 1 分)(c)向铜一侧的溶液中加入 Na₂S,生成 CuS 沉淀,c(Cu²⁺) 大幅减小。电池电势 E 会怎样变化?说明理由。
(1 分)
参考答案E 减小。总反应 Ni + Cu²⁺ → Ni²⁺ + Cu 中 Cu²⁺ 是反应物,c(Cu²⁺) 减小使 Q = c(Ni²⁺)/c(Cu²⁺) 增大,E = E° − (RT/nF) ln Q 减小。
评分要点(每条 1 分)(d)电池以平均 0.150 A 的电流工作 2.00 h。铜电极上析出多少克铜?(F = 96 485 C/mol,M(Cu) = 63.55 g/mol)
(1 分)
参考答案q = 0.150 × 7200 = 1080 C;n(e⁻) = 1080 ÷ 96 485 = 0.01119 mol;n(Cu) = ÷ 2 = 0.00560 mol;m = × 63.55 = 0.356 g。
评分要点(每条 1 分)解析常见失分:E°cell 用“阳极 − 阴极”算出负值;忘了把小时换成秒;忘了每个 Cu²⁺ 需要 2 个电子。
- 6简答
学生让一段镁条与过量盐酸反应:Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g),用排水法收集氢气。25 °C 时收集到 38.2 mL 气体,此时量气管内外液面相平,大气压为 757 mmHg;25 °C 时水的蒸气压为 24 mmHg。
(a)计算收集到的气体中 H₂ 的分压。
(1 分)
参考答案液面相平,气体总压等于大气压。P(H₂) = 757 − 24 = 733 mmHg。
评分要点(每条 1 分)(b)计算生成的 H₂ 的物质的量。(R = 0.08206 L·atm/(mol·K))
(1 分)
参考答案n = PV/RT = (733/760 atm)(0.0382 L) ÷ (0.08206 × 298 K) = 1.51 × 10−3 mol。
评分要点(每条 1 分)(c)计算镁条的质量。(M(Mg) = 24.31 g/mol)
(1 分)
参考答案n(Mg) = n(H₂) = 1.51 × 10−3 mol,m = 1.51 × 10−3 × 24.31 = 0.0366 g。
评分要点(每条 1 分)(d)如果学生忘了减去水的蒸气压,算出的镁的质量会偏大还是偏小?说明理由。
(1 分)
参考答案偏大。把 757 mmHg 全当作 H₂ 的分压,算出的 n(H₂) 偏大,由 n(Mg) = n(H₂) 得到的镁的质量也偏大。
评分要点(每条 1 分) - 7简答
冷敷袋利用硝酸铵溶于水:NH₄NO₃(s) → NH₄⁺(aq) + NO₃⁻(aq),ΔH° = +25.7 kJ/mol,ΔS° = +108.7 J/(mol·K)。
(a)从粒子的角度说明为什么 ΔS° > 0。
(1 分)
参考答案离子从固定在晶格中的有序排列,变成分散在溶液中、可以自由运动,可能的排布方式大大增多,熵增大。
评分要点(每条 1 分)(b)计算 298 K 时溶解的 ΔG°。
(1 分)
参考答案ΔG° = 25.7 − 298 × 0.1087 = −6.7 kJ/mol。
评分要点(每条 1 分)(c)溶解是吸热的,为什么在 298 K 仍然热力学有利?
(1 分)
参考答案熵增大使 TΔS°(32.4 kJ/mol)大于 ΔH°(25.7 kJ/mol),ΔG° = ΔH° − TΔS° < 0,熵的贡献超过了焓的不利。
评分要点(每条 1 分)(d)假设 ΔH° 和 ΔS° 不随温度变化,温度低于多少开尔文时,溶解在标准状态下变得不利?
(1 分)
参考答案令 ΔG° = 0:T = ΔH° ÷ ΔS° = 25700 ÷ 108.7 ≈ 236 K。低于这个温度 TΔS° < ΔH°,ΔG° > 0。
评分要点(每条 1 分)解析常见失分:ΔS° 的单位不换算;把“吸热”直接等同于“不自发”;计算温度时把 ΔH° 的 kJ 和 ΔS° 的 J 混用。
成绩
| 单元 | 答对 |
|---|
综合分 = 第一部分答对的题数 × 50/60 + 第二部分得分 × 50/46,两部分各占 50%。AP 分数参照 2018 年 AP 化学练习卷所附的换算表估计(5 分 ≥ 75,4 分 60–74,3 分 44–59,2 分 30–43,1 分 < 30),每年的换算标准不同,只供参考。
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